以受精卵為起點，人類大腦從無到有到極度複雜化，已是一個可以研究的過程。卵子受精後大約12天出現神經元。一個月後，簡單的大腦已經形成。第二個月，大腦出現快速生長，比其他所有器官都更快。第三個月是決定細胞神經元數量的關鍵時期，在長達一個多月的時間裡，神經元都在不斷分裂，在這段時間提供充足的營養，大腦將會得到更好的發育，所以，孕婦的早期營養保障非常重要。
接下來，神經元繼續不斷增生並分佈到恰當的位置，像洋蔥一樣層層堆積起來，一共會堆起六層，到胎兒9個月時，一個完整的大腦已基本裝配就緒。這麼大的腦袋，對母親已經形成了威脅，餘下的生長要移到體外進行。
在出生後的兩個半月直到兩歲之間，嬰兒的大腦再次迅速增大，這一時期是神經元形成連線的高峰期，同時也是嬰兒接受大量外界知識的時間。新世界的各種聲光訊號一擁而至，嬰兒神經連線同步爆發，速度是如此之快，僅僅唱一支兒歌的時間，他們的大腦已經長出十幾萬個連線。半年之內，小傢伙的大腦要增大一倍以容納新增的神經連線。接下來幾年，腦袋仍然保持快速增長，大概到5歲時，已非常接近成年大腦了。而他們的身體遠遠沒有跟上大腦發育的速度，使得小孩看起來都是大頭娃娃。這是聰明的發育策略，他們選擇首先發育至關重要的大腦，以便擁有更長的學習時間，為掌握更多生存技能打下基礎。至於身體遲些發育，並不是大不了的事情，因為大多數事情都可以由父母代為完成。
令人吃驚的是，人的大腦幾乎不會完全停止發育，就算是20歲以後的成年人，只要不停止用腦，還會有新的神經元和神經連線持續生成，且不同的刺激可以引發不同的大腦生長方式。事實證明，大腦存在高度可塑性，反覆練習確實可以提高某方面的能力，這也是人類巨大潛力的源泉。或許我們可以透過不斷的努力，不停地從一個人變成另一個人，直到讓所有人刮目相看。
如果僅從解剖學角度觀察大腦，可以說平淡無奇。吃過豬腦的人都知道，大腦像一塊豆腐，而且是質量很差的豆腐，沒什麼味道。事實上，大腦的精細結構極度複雜，成人大腦約有100多億個神經元，和700萬平方公里的亞馬孫雨林中的樹木數量相近，另外還有1000多億個神經膠質細胞，那就相當於10個亞馬孫雨林的樹木了。每個神經元與其他神經元之間都存在幾萬甚至十幾萬個連線，如同亞馬孫雨林中的樹葉般密集，彼此形成了極其繁雜的神經網路。眼睛、耳朵、面板等感官收集的訊號，就在網路之間傳遞、儲存、回憶，最終形成意識和知識。腦袋越大，可以容納的知識就越多，但這並不表明腦容量可以決定一切。
腦容量是表示腦袋大小的重要指標，常被用來衡量不同動物的腦部發育情況。黑猩猩和人類體重相近，腦容量卻只有400毫升左右，簡直裝不下一瓶白酒，而人類的腦殼可以裝下大約三瓶白酒，當然，那並不是酒量大小的物質基礎。
因為腦容量小，黑猩猩幾乎沒有額頭，它們眼睛上面就是頭髮，外加幾道皺紋，看上去老態龍鍾，表情木訥，毫無情趣可言。人類則不然，眼睛上面有好大一塊裸露的面板，被顱骨撐得發亮，明擺著是一塊光閃閃的招牌，上面似乎寫著幾個大字：我很聰明。
人類的腦袋不只在靈長類中可以稱王，在哺乳動物中也首屈一指。當身體尺寸大致相同時，人類的大腦約為其他哺乳動物的7倍。當然，我們不應該和大象或鯨魚比大小，它們的腦袋大小約是人類的6倍，那只是因為龐大的身軀需要龐大的腦袋。
我們很容易形成這樣的觀念，腦袋越大的動物越聰明，但只要換個角度解讀，就會得出完全不同的答案。以螞蟻為例，它們的腦袋確實很小，我們有理由鄙視其為螻蟻之輩，它們簡直都談不上擁有腦袋。不過，生物學道理很簡單，腦袋小並不是被上帝拋棄的結果，而是身體大小決定了神經元的數量，如果螞蟻擁有人類這麼大的腦袋反而是負擔。
蜜蜂會同意這種觀點，它們的大腦只有1立方毫米，約100萬個神經元，但仍然能做很多複雜的事情——戰鬥、採蜜、互相交流、飼養後代、保潔巢穴等，有時也需要抓緊時間交配，甚至在蜂巢中爭風吃醋。有人認為，蜜蜂甚至比嬰兒的學習能力都強。換句話說，它們腦袋雖小，但並沒有影響生活和繁殖。
時常被人類鄙視的老鼠等齧齒類動物，比人類出現得更早，但依然獐頭鼠目，那是由於齧齒類動物的大腦結構與靈長類完全不同。它們的神經元大小與腦容量成比例增長，因此，容量增大並不能使神經元數量增多。既然如此，為什麼還需要大腦袋呢？
這種機制還約束了齧齒類動物的體型，體型越大，需要的腦袋也越大。既然腦袋大不了，體型相應也大不了。正因為如此，現在的齧齒類動物都是小個子。
假如小鼠想要擁有與人類相同的處理能力，腦袋需要比人腦大出6倍，顯然，對於它們來說，頂著10升水桶那麼大的腦袋是不可能的任務，所以只能接受較小的腦袋。重要的是，那麼小的腦袋已經夠用了，它們生活得很好，繁殖也很成功，總體數量比人類還多，何況人家一直生活在惡劣的環境中。
所以，腦袋並不是越大越好，那只是身體應對環境的工具而已，超出標準的工具就會變成累贅。如果腦袋真的越大越好，每種動物都應該努力放大自己的腦袋，這個世界將存在各種智慧生物與人類一較高下的奇幻局面。但事實卻是，更大的腦袋可能會帶來更大的麻煩，因為那可能需要付出更大的代價。
大腦袋除了造成生育困境，還會消耗更多的能量和營養，而動物攝取營養的能力與消耗水平基本已飽和，一旦提出了額外的物質需求，就需要其他部位做出相應的犧牲。也就是說，腦袋變大可能需要以其他器官變小為前提。
有一種小小的孔雀魚被選作實驗動物，用以測試大腦與其他器官的比例關係。之所以選中孔雀魚，不只是為了觀賞，主要是這種漂亮的小東西竟然有簡單的數學計算能力，基本可以作為智力的參考指標。
孔雀魚與其他魚類的產仔方式不同，它們可以直接生出小魚，這種生育方式叫作卵胎生，後代數量非常明確，生下幾個就是幾個，和產卵後體外孵化的方式完全不同，可以更方便地計算生育效率。
研究人員運用人工選擇得到了腦袋更大的孔雀魚，結果發現，在腦袋增大的同時，它們的腸道都有不同程度的縮小，且縮小比例大大超過腦袋增加的比例，提示增大腦袋代價更高，甚至是增加腸道代價的兩倍。這給孔雀魚帶來了嚴重的影響，它們有時雖然表現得更聰明，但因為腸道吸收能力降低，營養水平跟不上，結果導致後代數量明顯不足。這是典型的得不償失，人類也無法逃脫這種制約。
很多動物，特別是食草動物，腸道都是百轉千回的。而人類的腸道明顯縮短，那正是腦袋增大的代價。好在優秀的大腦可以展開更有效的捕獵和採集活動，人類可以吃到更為精細、容易消化的食物，因而獲取更為豐富的營養回報，對腸道的依賴性也比牛馬等動物大為降低。這是典型的拆東牆補西牆的策略，卻收到了意外的效果——腦袋越大，腸道越短，我們的身材也就更加好看。
現在看來，很多動物都面臨著營養與智力的平衡問題，只有人類能夠承受意外損失，從腦袋增大中得到的好處遠大於損失。